KR20220124578A - 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법 - Google Patents

섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220124578A
KR20220124578A KR1020210028419A KR20210028419A KR20220124578A KR 20220124578 A KR20220124578 A KR 20220124578A KR 1020210028419 A KR1020210028419 A KR 1020210028419A KR 20210028419 A KR20210028419 A KR 20210028419A KR 20220124578 A KR20220124578 A KR 20220124578A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid fuel
sludge
leather
eco
friendly
Prior art date
Application number
KR1020210028419A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102561051B1 (ko
Inventor
한종일
최강일
유성연
Original Assignee
(주)키나바
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)키나바 filed Critical (주)키나바
Priority to KR1020210028419A priority Critical patent/KR102561051B1/ko
Publication of KR20220124578A publication Critical patent/KR20220124578A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102561051B1 publication Critical patent/KR102561051B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/48—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on industrial residues and waste materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
    • B01J27/08—Halides
    • B01J27/10—Chlorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C10L5/363—Pellets or granulates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C10L5/442—Wood or forestry waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086—Hydrothermal carbonization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2230/00—Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole
    • C10L2230/04—Catalyst added to fuel stream to improve a reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/08—Drying or removing water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/78—Recycling of wood or furniture waste

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Treatment And Processing Of Natural Fur Or Leather (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

본 발명은 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 특히 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분;을 1mm~30mm 크기로 분쇄하여 원료로 공급하는 단계; 상기 분쇄된 원료를 촉매 및 물과 혼합하는 단계; 상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화 반응시키는 단계; 상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 단계를 포함하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에서는 염색슬러지(피혁, 나염, 섬유)를 분쇄하여 산 촉매 및 물과 함께 수열탄화 압력용기에 인입시켜 열원을 통해 압력용기를 아임계수까지 상승시켜 수열탄화(Hydrothermal Carbonization)를 통해 고형 연료를 제조할 수 있다.

Description

섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법 {Manufacturing method of eco-friendly bio solid fuel using textile leather printed sludge}
본 발명은 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 특히 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분을 분쇄하여 산 촉매 및 물과 함께 수열탄화 압력용기에 인입시켜 열원을 통해 압력용기를 아임계수까지 상승시켜 수열탄화(Hydrothermal Carbonization)를 통해 고형 연료를 제조하는, 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
피혁산업은 원료피를 가공 처리하여 가죽원단을 생산하는 제혁산업으로, 준비공정인 수적에서부터 최종 완성품의 도장공정까지 여러 가지 화학적 처리와 다양한 물리적 작용을 통해 의류, 신발, 가공 및 지갑, 벨트 등 일상 생활용품을 비롯한 자동차, 쇼파, 침대, 카페트 내장재에 이르기까지 관련 섬유/피혁제품을 생산하는 산업이다.
피혁 제조 공정 중에 발생되는 고형 폐기물은 원료피 중량대비 50%수준이며, 특히 대부분 소각 또는 매립 처리로 인하여 환경적인 문제점을 유발시키고 있다.
피혁 공정에서 발생되는 폐기물은 위탁기관을 통해 별도 또는 공동 처리하는데 처리비용 부담이 높으며 소각 및 해양투기 처리 방법에 의해 연간 처리 비용이 300억원 규모에 다다르고 있는 실정이다.
염색폐수슬러지는 섬유 제조시설 중에서 폐수 배출량이 가장 많으며, 폐수중의 오염물질 농도는 높은 편에 속한다.
염색 원단은 먼저 호발, 정련, 표백공정을 통해 불순물이 제거된 후 염색 및 후처리 공정을 거친다.
호발, 정련, 표백 등 전처리 공정에서는 원단에 포함된 호제 및 처리 약품이 폐수에 포함되어 발생하며, 전체적으로 높은 온도, pH, 유기물 함량을 갖는다.
원단가공 공정에 따라 다소 상이하나 전분 아크릴, 왁스 등이 주로 사용되기 때문에 이러한 성분이 폐수에 포함된다. 또한 염색공정 및 후처리 공정에서 염료, 염, 계면활성제 등이 포함된 폐수가 발생하며 슬러지에도 포함된다.
염색산업의 폐수처리 공정에서는 응집공정의 화학 슬러지와 활성슬러지 공정의 잉여슬러지가 발생된다. 이러한 슬러지의 발생량은 폐수 응집제의 종류 및 사용량, 폐수공정의 운전 효율 등에 의해 결정된다.
국내 염색공단 전체에서 발생하고 있는 염색폐수슬러지는 약 270,000톤/년 이며 대부분 해역 배출을 하고 있다.
염색공단에서 발생하는 슬러지는 폐수의 처리 방법에 따라 2종류로 분류되며, 화학적 처리법에 의해 폐수처리 한 후 발생한 슬러지는 화학슬러지, 미생물 처리법에 의해 발생한 슬러지를 미생물 슬러지로 분류되어진다.
한편, 전 세계적으로 대부분 폐기물을 35%는 땅 및 바다, 산 등에 매립한다.
이중 폐기물의 15~20%는 재활용 및 퇴비화를 통해 회수되거나 소각된다.
국내에 슬러지 및 폐기물은 매립비용만으로 대략 14~23만원/Ton대로 염색업체들의 기업 운영에 대한 영향을 주고 있다. 또한, 악취발생 등 민원으로 인해 반입을 전면불허 하면서 매립으로 비용이 2배 이상 상승할 것으로 보여 진다.
염색 및 피혁슬러지 등을 활용하여 연료를 만들거나 에너지화를 하는 다양한 기술이 있다.
이러한 기술 중 대표적으로는 슬러지를 건조하는 기술방법과 두 번째로는 탄화 및 반탄화 공정 방법이 있으며, 마지막으로는 수열탄화 공정기술이 있다.
건조하는 기술방법으로 처리하는 경우, 예비 건조기에서 나염, 섬유 및 피혁슬러지는 함수율을 약 84%(Max)에서 함수율 75%까지 건조 후 열풍 건조기에서 탄화에 필요한 함수율인 15%까지 되도록 한다.
또한 염색산업은 염료를 원료로 하여 피염물에 화학적, 물리화학적 반응을 통해 빛의 선택 흡수 성능을 장기적으로 남아 있게 함으로써 색을 나타내게 하는 산업이다.
염색 가공공정에서 발생되는 오염물질은 염색 과정의 염료를 비롯하여 염료의 분산 상태를 유지시켜주기 위한 계면활성제, 염료의 염착 효율을 높이기 위한 캐리어 용매와 기타 호발, 정련, 표백, 감량 공정에서 발생하는 유기성 오염물질이 있으며, 생산 규모에 비하여 용수 사용이 많아 폐수 발생이 많고 오염물질의 부하가 높아 대표적 악성폐수슬러지로 분류된다.
현재 국내에서의 염색 및 피혁슬러지 처리방법은 해양투기 및 토양매립으로 처리되어지고 있다. 특히 피혁슬러지를 소각처리 할 경우 폐기물 내에 포함되어 있는 화학물질로 변질될 우려가 많아 소각방법으로는 처리가 곤란하다.
현재 pilot plant수준의 설비로 피혁 및 염색슬러지 활용에 대해 기초시험하고 있으며, 수열탄화설비를 국내의 염색 및 피혁슬러지 처리방법으로 적용을 시도하고 있다.
따라서 섬유, 나염, 피혁공정에서의 발생되는 오염물질을 최소화하는 청정생산기법의 도입과 화학 및 생물학적 폐수처리공정에서의 오염물질을 줄이는 기술개발과 아울러 발생된 폐기물을 친환경적으로 무해화하고 재활용이 가능하도록 경제적으로 처리 처분하는 기술개발이 필요하다.
대한민국등록특허공보 10-2012-0131601호 대한민국등록특허공보 10-2013-0124429호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분을 분쇄하여 산 촉매 및 물과 함께 수열탄화 압력용기에 인입시켜 열원을 통해 압력용기를 아임계수까지 상승시켜 수열탄화(Hydrothermal Carbonization)를 통해 고형 연료를 제조하는, 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 통해 달성한 바이오 고형연료 제조 방법은,
피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분;을 1mm~30mm 크기로 분쇄하여 원료로 공급하는 단계;
상기 분쇄된 원료를 촉매 및 물과 혼합하는 단계;
상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화 반응시키는 단계;
상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 단계를 포함한다.
상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계;
상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 단계를 더 포함한다.
상기 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 40 내지 70 중량부 및 목질계 성분; 30 내지 60 중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 황산, 염산, 인산, 염산 또는 질산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 염화계열 촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 통해 달성한 바이오 고형연료 제조 장치는,
피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분; 원료를 분쇄하여 공급하기 위한 분쇄기;
물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크;
상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 교반하면서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화공정을 진행하는 수열탄화조;
상기 수열탄화조의 상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 고액 분리기;
상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기;
상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 펠렛 제조기를 포함한다.
상기 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 40 내지 70 중량부 및 목질계 성분; 30 내지 60 중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 하이브리드 바이오 고형연료를 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 염색슬러지(피혁, 나염, 섬유)를 분쇄하여 목질계 성분 및 산 촉매 및 물과 함께 수열탄화 압력용기에 인입시켜 열원을 통해 압력용기를 아임계수까지 상승시켜 수열탄화(Hydrothermal Carbonization)를 통해 고형 연료를 제조하는, 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 피혁 및 섬유슬러지를 활용하여 고급 석탄급(4,500kcal/kg) 열량을 초과하는 하이브리드 바이오 고형연료를 제공할 수 있으며, 환경오염, 배기오염수치(백연)등 줄일 수 있는 효과도 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치는,
피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분;을 분쇄하여 공급하기 위한 분쇄기(10);
물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크(60);
상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 교반하면서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화공정을 진행하는 수열탄화조(20);
상기 수열탄화조(20)의 상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 고액 분리기(30);
상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기(40);
상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 펠렛 제조기(50)를 포함한다.
상기 촉매는 황산, 염산, 인산, 염산 또는 질산을 포함하는 것을 특징으로 하며, 바람직하기로는 황산 또는 염산을 포함한다,
또한 상기 촉매는 염화계열(염화철 또는 염화칼슘) 촉매를 포함할 수 있다. 바람직하기로 상기 염화계열 촉매는 염화제이철(FeCl3)인 것이다.
본 발명에서는 원료로서 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 40 내지 60 중량부 및 목질계 성분; 30 내지 60 중량부를 사용하는 것이 좋다. 바람직하기로 목질계 성분 40 내지 60 중량부를 사용하는 것이 좋다. 또한 바람직하기로 피혁 슬러지 20 내지 60 중량부, 섬유 슬러지 0 내지 20 중량부, 나염 슬러지 0 내지 20 중량부의 비율로 사용하는 것이 좋다. 더욱 바람직하기로 피혁 슬러지 30 내지 60 중량부, 섬유 슬러지 0 내지 10 중량부, 나염 슬러지 2 내지 20 중량부의 비율로 사용하는 것이 좋다. 이 경우 고급 석탄급(4,500kcal/kg) 열량을 초과하는 하이브리드 바이오 고형연료를 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 목질계 성분은 톱밥, 목재칩, 열매 부산물 또는 셀룰로오즈 성분을 포함하는 생활 폐기물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 원료의 입도사이즈는 1mm~30mm 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 분쇄기(10)는 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분;을 1mm~30mm 크기로 분쇄하여 원료로 공급한다(S210).
그리고 나서, 분쇄기(10)는 상기 분쇄된 원료를 촉매 및 물과 혼합하여 수열탄화조(20)에 공급한다(S220).
수열탄화조(20)는 상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화 반응시킨다(S230).
다음, 고액 분리기(30)는 상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리한다(S240). 여기서 분리된 수분인 용수는 촉매와 함께 다시 분쇄기(10)로 피드백 된다. 필요에 따라 용수 및 촉매 공급기가 사용될 수 있다
다음, 건조기(40)는 고액 분리기(30)에서 수분이 분리된 상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행한다(S250).
그리고 나서, 펠렛 제조기(50)는 상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만든다(S260).
상기 과정에서 수열탄화조(20)의 역할을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
물은 온도와 압력에 따라 형태가 변화하는 특징을 가지는데 180~260℃, 10~50bar에서 임계점을 가진다. 임계점 이상의 온도와 압력 범위에서는 초임계로 고온, 고압의 짙은 수증기 형태를 보인다. 아임계수는 물의 임계온도 이상, 임계압력 이하의 고온 중압의 증기 형태와 물의 임계온도 이하 및 포화 증기압 이상의 중온 중압의 물을 뜻한다.
아임계수를 사용하기 위해서 고온고압의 조건이 동반된다. 이 방식은 보통 190℃ 이상에서 적용되며 아임계수를 사용하기 위하여 충분히 높은 기압과 무산소 조건에서 진행된다.
반응시간에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 그 시간은 60초부터 10시간에 이르기까지 다양하지만 20~30분 정도에서 반응이 일어나는 것으로 연구되었다. 특히, 산 또는 염기성 물질을 추가하는 것도 생성물 형성에 영향을 미친다. 물은 반응물과 용매로써 작용하는데, 운전 조건에 따라서 다른 물리적·화학적 특성을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서의 수열탄화조(20)에서는 180~260℃ 온도의 물은 이온성이 최대가 되어서 산과 염기로 작용하게 된다. 반응시간에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 그 시간은 12~24시간까지 이르기까지 다양하지만 30분내에도 반응이 일어난다. 또한, 산(Acid) 또는 염기성 물질을 추가하는 것도 생성물 형성에 영향을 미친다. 또한, 물의 유전율이 감소하게 되어 비극성 용매와 같은 반응을 보인다.
또한, 수열탄화조(20)의 하이브리드 수열탄화를 통해 생성된 고형연료제조는 평형함수율이 낮아져 저장과정에서 부패할 가능성을 낮출 수 있다.
고형연료는 파쇄성이 좋아져서 가스화로나 발전소에서 사용할 수 있는 그린펠릿성형 형태로 제조가 가능해진다. 동시에 무 촉매 반응보다 발열량과 수율을 증가시켜주고 공정온도와 시간을 줄여줄 수 있다.
또한, 수열탄화조(20)의 탄화공정기술은 탄화부에 중점을 두어 건조시간, 건조성능, 건조기(40) 드럼의 회전수, 탄화물 이송 스크루의 속도, 탄화시간 등의 설계 요소를 검토하여 안정적인 시스템 다단형식의 탄화관을 거쳐서 탄화되도록 한다.
탄화기는 보조 연료의 공급에 의해서 탄화에 필요한 열원을 공급하도록 한다.
특히, 본 발명의 하이브리드 수열탄화 공정은 수열탄화조(20)에서 두 가지 이상의 바이오매스 및 유기성폐기물을 혼합하고 적정 촉매를 적용하여 HTC 공정을 수행하는 기술로서 발열량을 최대 40% 까지 높여주며 원하지 않는 유해 물질을 줄여서 환경 친화적인 연료를 만들어 준다.
또한, 촉매를 적용한 Hybrid HTC 기술은 반응 중에 적정한 촉매를 사용하여 발열반응인 탈복실화과정을 약화시켜 급격히 온도와 압력이 상승하는 것을 막아주고, 수열탄화반응 중 발생되는 이산화탄소를 감소시켜 고분자 성상을 유지하게 하여 별도의 접합제 없이 성형이 가능하고 동시에 수율도 높여 줄 수 있다.
본 발명에서는 촉매를 사용한 Hybrid HTC 반응과 무촉매 수열탄화(HTC) 반응과 비교하여 온도는 10~30℃가 감소하고 공정압력은 0.8~2.8MPa 내려가며 반응시간은 최대 3시간 정도 단축될 수 있다.
또한, 무촉매 수열 반응(HTC)으로 생성된 차르와 달리 Hybrid HTC 촉매 반응은 리그닌의 고분자특성을 그대로 유지하여 반응 후 접착력을 유지하고 있으며 수율도 최대 20% 더 높게 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 피혁 및 나염, 섬유 슬러지를 하이브리드 수열탄화기술로 사전 예비 시운전을 수행하였으며 설비 운전의 조건은 탄화 온도 200℃, 220℃, 240℃의 변화, 함수율 각각 80% 변화, 각 운전 조건 변화에 따른 발열량 및 수율분석을 실시하였다.
수열탄화조(20)의 반응기 온도 220℃ 조건을 최적 조건으로 도출되어 운전을 수행하였다. 운전 수행 시 발생되는 안정적인 처리 및 환경성 분석을 위해서 자가 측정 및 공인기관 측정을 동시에 수행하였다.
본 발명의 실시예에 따른 고형연료의 제조 장치에서 원료인 염색 및 피혁 슬러지중 염색 슬러지는 설치현장에서 수급하고, 피혁, 섬유, 나염슬러지는 발생처(경기 북부지역)의 연구실(lab)에서 실험용으로 0.2L의 3개와 1L의 2개 반응기 활용하여 연구개발을 하였다.
이를 토대로 실험 D/B화하여 Scale-up 통해 경기 양주에 파이롯 플랜트(pilot plant)구축하여 수행하였다.
피혁 및 나염 섬유슬러지의 함수율은 80%로 측정하였고, 고위 발열량은 5,277 kcal/kg으로 나타났다.
하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법에 따라 반응결과를 나타낸 표로서, 피혁 및 나염 섬유슬러지의 함수율, 고위 발열량 등을 나타내었다.
Reatant 온도(℃) 시간(H) 촉매 HHV
(kcal/Kg)		 Mass Yield(%)
목질계
(중량부)		 슬러지
(중량부)		 습도
(%)
폐목재(20) 피혁(60)
나염(20)		 85 220 1 - 2985 33.61
폐목재(30) 피혁(50)
나염(20)		 85 220 1 - 2603 41.70
폐목재(50) 피혁(40)
나염(10)		 80 240 3 염산 +
Fecl3*6H2O		 5189 45.20
폐목재(40) 피혁(40)
나염(20)		 80 240 2 황산 5007 70.24
폐목재(40) 피혁(40)
나염(10)
섬유(10)		 80 220 1 염산 4612 41.50
폐목재(40) 피혁(35)
나염(25)		 80 220 1 황산 + Fecl3*6H2O 4692 68.23
상기 표 1에 나타나는 바와 같이 본 발명에 따를 경우 피혁 및 섬유슬러지를 활용하여 고급 석탄급(4,500kcal/kg) 열량을 초과하는 하이브리드 바이오 고형연료를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 피혁, 나염, 섬유 슬러지를 분쇄하여 산 촉매 및 물과 함께 수열탄화 압력용기에 인입시켜 열원을 통해 압력용기를 아임계수까지 상승시켜 수열탄화(Hydrothermal Carbonization)를 통해 고형 연료를 제조하는, 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 피혁, 나염 및 섬유슬러지를 셀룰로오스의 목질계 성분(톱밥, 폐목재 등)의 무 촉매 반응을 촉매를 사용하고, 반응온도를 180℃ ~ 260℃로 하고, 반응시간은 1시간 내지 4시간으로 반응시킬 경우 고급 석탄급(4,500kcal/kg) 열량 정도의 발열량과 환경오염, 배기오염수치(백연)등 줄일 수 있는 효과까지 볼 수 있었다.
개시된 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 고형연료의 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분;을 1mm~30mm 크기로 분쇄하여 원료로 공급하는 단계;
    상기 분쇄된 원료를 촉매 및 물과 혼합하는 단계;
    상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화 반응시키는 단계;
    상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 단계를 포함하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조 공정을 진행하는 단계;
    상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 단계를 더 포함하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    피혁, 섬유, 나염 슬러지; 40 내지 70 중량부 및 목질계 성분; 30 내지 60 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 촉매는 황산, 염산, 인산, 염산 또는 질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 촉매는 염화계열 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치.
  6. 피혁, 섬유, 나염 슬러지; 및 목질계 성분; 원료를 분쇄하여 공급하기 위한 분쇄기;
    물과 촉매를 공급하기 위한 급수탱크;
    상기 물과 혼합된 원료를 산소를 차단하고 교반기가 갖추어진 반응로 안에서 교반하면서 온도 180-260℃, 압력 10-35bar, 총수분량은 70-80%를 유지하여 1-4시간 동안 수열탄화공정을 진행하는 수열탄화조;
    상기 수열탄화조의 상기 수열탄화 공정에서 생성되는 고형 연료의 수분을 분리하는 고액 분리기;
    상기 고형연료 표면에 남아 있는 수분을 제거하는 건조기;
    상기 건조된 고형 연료의 분말을 펠렛 형태의 고형연료로 만드는 펠렛 제조기를 포함하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치
  7. 제1항에 있어서,
    피혁, 섬유, 나염 슬러지; 40 내지 70 중량부 및 목질계 성분; 30 내지 60 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 고형연료의 제조 장치.
  8. 제1항 기재의 제조방법에 의하여 제조된 친환경 바이오 고형연료.
KR1020210028419A 2021-03-03 2021-03-03 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법 KR102561051B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210028419A KR102561051B1 (ko) 2021-03-03 2021-03-03 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210028419A KR102561051B1 (ko) 2021-03-03 2021-03-03 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220124578A true KR20220124578A (ko) 2022-09-14
KR102561051B1 KR102561051B1 (ko) 2023-07-31

Family

ID=83278723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210028419A KR102561051B1 (ko) 2021-03-03 2021-03-03 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102561051B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120131601A (ko) 2011-05-26 2012-12-05 주식회사 실티 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템
KR101279045B1 (ko) * 2012-04-19 2013-07-02 주식회사 대원지에스아이 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법
KR20130124429A (ko) 2012-05-04 2013-11-13 (주)포레코 축산분뇨를 이용한 고형연료화장치
KR101369960B1 (ko) * 2013-10-02 2014-03-06 신명산업 주식회사 열수탄화 반응을 이용한 고형연료 생산방법
CN105779070A (zh) * 2016-05-04 2016-07-20 广州市威士环保科技有限公司 一种皮革废弃物能源化的方法
KR101938370B1 (ko) * 2017-08-28 2019-01-14 고등기술연구원 연구조합 수열탄화 반응물의 고형연료 제조장치 및 제조방법
KR20200077310A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 휴비스워터 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120131601A (ko) 2011-05-26 2012-12-05 주식회사 실티 축산분뇨 및 음식물쓰레기를 이용한 고형연료 제조시스템
KR101279045B1 (ko) * 2012-04-19 2013-07-02 주식회사 대원지에스아이 왕겨와 염색슬러지를 이용한 고형화 연료 및 그 제조방법
KR20130124429A (ko) 2012-05-04 2013-11-13 (주)포레코 축산분뇨를 이용한 고형연료화장치
KR101369960B1 (ko) * 2013-10-02 2014-03-06 신명산업 주식회사 열수탄화 반응을 이용한 고형연료 생산방법
CN105779070A (zh) * 2016-05-04 2016-07-20 广州市威士环保科技有限公司 一种皮革废弃物能源化的方法
KR101938370B1 (ko) * 2017-08-28 2019-01-14 고등기술연구원 연구조합 수열탄화 반응물의 고형연료 제조장치 및 제조방법
KR20200077310A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 휴비스워터 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102561051B1 (ko) 2023-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Hydrothermal carbonization of biogas digestate: Effect of digestate origin and process conditions
Xu et al. The influence of key reactions during hydrothermal carbonization of sewage sludge on aqueous phase properties: a review
Missaoui et al. Hydrothermal carbonization of dried olive pomace: Energy potential and process performances
Peng et al. Production of char from sewage sludge employing hydrothermal carbonization: char properties, combustion behavior and thermal characteristics
Gupta et al. Investigation on hydrochar and macromolecules recovery opportunities from food waste after hydrothermal carbonization
CA2759130C (en) Preparation of biofuels and other useful products such as 5-(hydroxymethyl)-furfural
CN103370418A (zh) 预处理生物质的方法
KR101313314B1 (ko) 고함수 유기성 폐기물을 이용한 친환경·고효율의 고형연료 제조방법 및 이를 이용한 열병합 발전 시스템
Wiśniewski et al. The pyrolysis and gasification of digestate from agricultural biogas plant
RU2007121675A (ru) Способ превращения твердых биоотходов в возобновляемое топливо
CN103007937A (zh) 利用多源污泥制备的催化臭氧化催化剂及其应用
Pulka et al. Is the biochar produced from sewage sludge a good quality solid fuel?
JP3801499B2 (ja) 有機性廃棄物の処理方法及びその装置
KR20150096349A (ko) 바이오촤 생산 시스템
KR20200055380A (ko) 음식물 쓰레기를 이용한 고형연료의 제조방법
KR100953061B1 (ko) 고함수율 슬러지케익의 재탈수처리 방법 및 장치
KR101348132B1 (ko) 유기성 폐기물을 이용한 고체연료와 ＮＯｘ환원제의 복합 생산 공정
Vera et al. Transforming textile wastes into biobased building blocks via enzymatic hydrolysis: A review of key challenges and opportunities
Matayeva et al. Hydrothermal liquefaction of post-consumer mixed textile waste for recovery of bio-oil and terephthalic acid
Cavali et al. Co-hydrothermal carbonization of pine residual sawdust and non-dewatered sewage sludge–effect of reaction conditions on hydrochar characteristics
Eswari et al. Recent insight into anaerobic digestion of lignocellulosic biomass for cost effective bioenergy generation
KR102561051B1 (ko) 섬유 피혁 나염 슬러지를 이용한 친환경 바이오 고형연료의 제조방법
Bright Singh et al. Lignin recovery, biochar production and decolourisation of coir pith black liquor
Park et al. Effects of carbonization and solvent-extraction on change in fuel characteristics of sewage sludge
CN214370214U (zh) 一种废弃物协同利用、处理生产线

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant